Физики БФУ им.И.Канта совместно с турецкими коллегами предложили способ обнаружения опасных азотсодержащих жидкостей

Исследователи Института физико-математических наук и информационных технологий Балтийского федерального университета (БФУ) имени Иммануила Канта совместно с учеными из Турции использовали метод ядерного магнитного резонанса для определения токсичных и взрывоопасных азотсодержащих жидкостей. Статья ученых опубликована в журнале ChemicalPhysics.

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) – это явление поглощения или излучения энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле. Совокупность резонансных линий для каждого соединения индивидуальна и используется для их идентификации. Чем сильнее магнитное поле, тем большую информацию можно получить о структуре вещества. Наиболее интенсивные сигналы ЯМР наблюдаются на ядрах водорода.

Физики БФУ имени И. Канта совместно с учеными из Технического университета Гебзе (Турция) предложили способ различения взрывоопасных и токсичных азотсодержащих жидкостей на основе релаксационного метода ЯМР в слабом магнитном поле на ядрах азота. Они разработали протокол измерений, который может быть применен в системах досмотра. Традиционный метод ЯМР, по словам ученых, нельзя применить в условиях контрольно-пропускного пункта из-за громоздкости установки, ее высокой стоимости и длительности анализа. Метод, основанный на изучении релаксации сигналов ядер, – ЯМР-релаксометрия – предполагает другой технический подход, позволяющий уменьшить затраты на установку и эксплуатацию оборудования, а также ускорить процесс анализа. Важным достоинством предлагаемого подхода является анализ релаксационных сигналов ядер азота, которые не зависят от межмолекулярных взаимодействий и слабо зависят от концентрации вещества. 

В своей работе ученые измеряли время релаксации атомов азота в жидкостях. Они проводили анализ трех групп азотсодержащих веществ: взрывоопасных и легковоспламеняющихся жидкостей; соединений, содержащих нитратную группу (азот, связанный с тремя атомами кислорода); токсичных веществ с атомом азота, не соединенным с кислородом. В результате ученым удалось выявить диапазон значений времен релаксаций, характерный для взрывоопасных и токсичных для человека веществ, который может быть использован для их идентификации.

«В этой работе мы показали, что ЯМР на ядрах азота является эффективным методом для обнаружения большого количества опасных азотсодержащих жидкостей. Мы решили технические проблемы, связанные с низкой резонансной частотой и широкими линиями спектра ЯМР. Нам также удалось успешно обнаружить ЯМР-сигналы различных веществ на основе азота и получить параметры релаксации сигналов. Большинство токсичных и легковоспламеняющихся жидкостей, измеренных в нашей работе, характеризуется короткими временами релаксации. Поэтому их можно легко отличить от других, относительно безопасных материалов. Важное преимущество предложенного подхода ЯМР-релаксометрии – то, что обнаружение опасных веществ может быть выполнено за короткое время», – говорит автор исследования, доктор физико-математических наук, профессор Галина Куприянова.

По словам исследователей, современные компактные системы ЯМР-релаксометрии имеют достаточную точность для обнаружения опасных веществ на контрольно-пропускных пунктах.

Картинка. ЯМР-спектр нитрата аммония. 

Источник: Предоставлена Галиной Куприяновой.